Ученые выявили причину низкой эффективности твердотельных батарей

Недавно в области материаловедения и энергетики был выявлен ранее неизвестный фактор, оказывающий значительное влияние на производительность твердотельных батарей. Твердотельные аккумуляторы, в которых твердый электролит заменяет жидкий, представляют собой перспективное направление в сфере хранения энергии. Они обладают потенциалом для обеспечения высокой мощности, увеличенной емкости и повышенной безопасности благодаря устойчивости к возгораниям. Однако их функциональность ограничивается наличием внутренней проблемы — пространственных зарядов, которые представляют собой скопления электрического заряда на интерфейсах внутри батареи. Эти заряды создают сопротивление, замедляя процессы зарядки и разрядки, что существенно ограничивает эффективность работы твердотельных аккумуляторов.

Существование пространственных зарядов в твердотельных батареях было известно ранее, но их точные характеристики и влияние на производительность оставались недостаточно изученными. Международная группа ученых, включающая исследователей из Института полимерных исследований Общества Макса Планка (Германия) и их японских коллег, впервые провела детальное исследование пространственных зарядов в функционирующей литиевой твердотельной батарее. Используя методы силовой микроскопии Кельвина и анализа ядерных реакций, они смогли установить, что проблемный слой формируется на положительном электроде и имеет толщину менее 50 нанометров. Несмотря на свою микроскопическую толщину, этот слой вносит около 7% в общее сопротивление батареи, что является значительным вкладом в наблюдаемые ограничения производительности.

Данное открытие предоставляет фундаментальное понимание природы проблем, препятствующих эффективной работе твердотельных батарей, и открывает новые перспективы для их усовершенствования. Инженеры и материаловеды могут теперь сосредоточиться на разработке стратегий модификации материалов электродов или их структуры с целью минимизации образования пространственных зарядов. Эти меры позволят значительно повысить производительность твердотельных аккумуляторов, что, в свою очередь, расширит их потенциал для применения в электромобилях и стационарных энергетических системах.

Таким образом, результаты данного исследования не только углубляют научные знания о твердотельных батареях, но и закладывают основу для дальнейших инноваций в области хранения энергии, способствуя развитию экологически чистых и высокоэффективных источников питания, пишет источник.